555時基電路是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結(jié)合在同一硅片上的組合集成電路。它設(shè)計新穎，構(gòu)思奇巧，用途廣泛，備受電子專業(yè)設(shè)計人員和電子愛好者的青睞，人們將其戲稱為偉大的小ic。1972年，美國西格尼蒂克斯公司(signetics)研制出tmer ne555雙極型時基電路，設(shè)計原意是用來取代體積大,定時精度差的熱延遲繼電器等機械式延遲器。但該器件投放市場后，人們發(fā)現(xiàn)這種電路的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原設(shè)計的使用范圍，用途之廣幾乎遍及電子應(yīng)用的各個領(lǐng)域，需求量極大。美國各大公司相繼仿制這種電路 1974年西格尼蒂克斯公司又在同一基片上將兩個雙極型555單元集成在一起，取名為nf556。1978年美國英特錫爾公司(intelsil)研制成功cmos型時基電路icm555 1cm556,后來又推出將四個時基電路集成在一個芯片上的四時基電路558 由于采用cmos型工藝和高度集成，使時基電路的應(yīng)用從民用擴展到火箭、導(dǎo)彈,衛(wèi)星,航天等高科技領(lǐng)域。在這期間，日本、西歐等各大公司和廠家也競相仿制、生產(chǎn)。盡管世界各大半導(dǎo)體或器件公司、廠家都在生產(chǎn)各自型號的555／556時基電路，但其內(nèi)部電路大同小異，且都具有相同的引出功能端。
555時基電路引腳圖
等效功能電路
鑒于各種雙極型的555集成塊的內(nèi)部電路大同小異，下面我們以ca555為例分析其內(nèi)部電路和原理。從ca555時基電路的內(nèi)部等效電路圖中可看到，vtl-vt4、vt5、vt7組成上比較器al，vt7的基極電位接在由三個5kω電阻組成的分壓器的上端，電壓為⅔vdd；vt9-vt13組成下比較器a2，vtl3的基極接分壓器的下端，參考電位為⅓vdd。在電路設(shè)計時，要求組成分壓器的三個5kω電阻的阻值嚴(yán)格相等，以便給出比較精確的兩個參考電位⅓vdd和⅔vdd。vtl4-vtl7與一個4.7kω的正反饋電阻組合成一個雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。vtl8-vt21組成一個推挽式功率輸出級，能輸出約200ma的電流。vt8為復(fù)位放大級，vt6是一個能承受50ma以上電流的放電晶體三極管。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的工作狀態(tài)由比較器a1、a2的輸出決定。
555時基電路的工作過程如下：當(dāng)2腳，即比較器a2的反相輸入端加進電位低于⅓vdd的觸發(fā)信號時，則vt9、vtll導(dǎo)通，給雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中的vtl4提供一偏流，使vtl4飽和導(dǎo)通，它的飽和壓降vces箝制vtl5的基極處于低電平，使vtl5截止，vtl7飽和，從而使vtl8截止，vtl9導(dǎo)通，vt20完全飽和導(dǎo)通，vt21截止。因此，輸出端3腳輸出高電平。此時，不管6端(閾值電壓)為何種電平，由于雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(vtl4-vtl7)中的4．7kω電阻的正反饋作用(vtl5的基極電流是通過該電阻提供的)，3腳輸出高電平狀態(tài)一直保持到6腳出現(xiàn)高于⅓vdd的電平為止。當(dāng)觸發(fā)信號消失后，即比較器a2反相輸入端2腳的電位高于⅓vdd，則vt9、vtll截止，vtl4因無偏流而截止，此時若6腳無觸發(fā)輸入，則vtl7的vces飽和壓降通過4.7kω電阻維持vtl3截止，使vtl7飽和穩(wěn)態(tài)不變，故輸出端3腳仍維持高電平。同時，vtl8的截止使vt6也截止。當(dāng)觸發(fā)信號加到6腳時，且電位高于⅔vdd時，則vtl、vt2、vt3皆導(dǎo)通。此時，若2腳無外加觸發(fā)信號使vt9、vtl4截止，則vt3的集電極電流供給vtl5偏流，使該級飽和導(dǎo)通，導(dǎo)致vtl7截止，進而vtl8導(dǎo)通，vtl9、vt2。都截止，vt21飽和導(dǎo)通，故3腳輸出低電平。當(dāng)6腳的觸發(fā)信號消失后，即該腳電位降至低于⅔vdd時，則vtl、vt2、vt3皆截止，使vtl5得不到偏流。此時，若2腳仍無觸發(fā)信號，則vtl5通過4.7kω電阻得到偏流，使vtl5維持飽和導(dǎo)通，vtl7截止的穩(wěn)態(tài)，使3腳輸出端維持在低電平狀態(tài)。同時，vtl8的導(dǎo)通，使放電級vt6飽和導(dǎo)通。通過上面兩種狀態(tài)的分析，可以發(fā)現(xiàn)：只要2腳的電位低于⅓vdd，即有觸發(fā)信號加入時，必使輸出端3腳為高電平；而當(dāng)6腳的電位高于⅔vdd時，即有觸發(fā)信號加進時，且同時2腳的電位高于⅓vdd時，才能使輸出端3腳有低電平輸出。4腳為復(fù)位端。當(dāng)在該腳加有觸發(fā)信號，即其電位低于導(dǎo)通的飽和壓降0.3v時，vt8導(dǎo)通，其發(fā)射極電位低于lv，因有d3接入，vtl7為截止?fàn)顟B(tài)，vtl8、vt21飽和導(dǎo)通，輸出端3腳為低電平。此時，不管2腳、6腳為何電位，均不能改變這種狀態(tài)。因vt8的發(fā)射極通過d3及vtl7的發(fā)射極到地，故vt8的發(fā)射極電位任何情況下不會比1.4v電壓高。因此，當(dāng)復(fù)位端4腳電位高于1.4v時，vt8處于反偏狀態(tài)而不起作用，也就是說，此時輸出端3腳的電平只取決于2腳、6腳的電位。
根據(jù)上面的分析，ca555時基電路的內(nèi)部等效電路可簡化為如圖所示的等效功能電路。顯然，555電路(或者專556電路)內(nèi)含兩個比較器a1和a2、一個觸發(fā)器、一個驅(qū)動器和一個放電晶體管。兩個比較器分別被電阻r1、r2和r3構(gòu)成的分壓器設(shè)定的⅔vdd和⅓vdd。參考電壓所限定。為進一步理解其電路功能，并靈活應(yīng)用555集成塊，下面簡要說明其作用機理。從圖1—5可見，三個5kω電阻組成的分壓器，使內(nèi)部的兩個比較器構(gòu)成一個電平觸發(fā)器，上觸發(fā)電平為⅔vdd，下觸發(fā)電平為⅓vdd。在5腳控制端外接一個參考電源vc，可以改變上、下觸發(fā)電平值。比較器al的輸出同或非門l的輸入端相接，比較器a2的輸出端接到或非門2的輸入端。由于由兩個或非門組成的rs觸發(fā)器必須用負(fù)極極性信號觸發(fā)，因此，加到比較器al同相端6腳的觸發(fā)信號，只有當(dāng)電位高于反相端5腳的電位時，r—s觸發(fā)器才翻轉(zhuǎn)；而加到比較器a2反相端2腳的觸發(fā)信號，只有當(dāng)電位低于a2同相端的電位⅓vdd時，r—s觸發(fā)器才翻轉(zhuǎn)。
通過上面對等效功能電路和ca555時基電路的內(nèi)部等效電路的分析，可得出555各功能端的真值表。
引腳 2 6 4 3 7
電平 ≤⅓ vdd * 1.4v 高電平 懸空狀態(tài)
電平 <⅓ vdd ≥⅔ vdd 1.4v 低電平 低電平
電平 <⅓ vdd >⅔ vdd 1.4v 保持電平 保持
電平 * * 0.3v 低電平 低電平
由表可看出，s、r、mr的輸入不一定是邏輯電平，可以是模擬電平，因此，該集成電路兼有模擬和數(shù)字電路的特色。
“叮咚”門鈴的制作：
實現(xiàn)電風(fēng)扇陣風(fēng)功能電路
大多數(shù)老式電風(fēng)扇沒有陣風(fēng)功能，在睡覺時使用很不方便，尤其是老人和小孩。利用ne555時基電路組裝電風(fēng)扇陣風(fēng)電爐，如圖1a所示。電路中ne555接成占空比可調(diào)的方波發(fā)生器，調(diào)節(jié)rw可改變占空比。在ne555第③腳輸出高電平期間，過零通斷型光電耦合器moc3061的初級，得到約10ma正向工作電流。其內(nèi)部紅外線發(fā)射二極管發(fā)射紅外光，使過零檢測其中的光敏雙向開關(guān)，在市電過零時導(dǎo)通。接通電風(fēng)扇電機電源，風(fēng)扇運轉(zhuǎn)送風(fēng)。在ne555第③腳輸出低電平期間，光敏雙向開關(guān)關(guān)斷，風(fēng)扇停轉(zhuǎn)。
moc3061本身具有一定驅(qū)動能力，可不加功率驅(qū)動元件而直接利用moc3061的內(nèi)部雙向開關(guān)來控制電風(fēng)扇電機的運轉(zhuǎn)。rw為占空比調(diào)節(jié)電位器，可調(diào)節(jié)電風(fēng)扇單位時間內(nèi)的送風(fēng)時間。本電路設(shè)計約為20秒，改變c2的取值或rw的取值可改變控制周期的長短。
圖b1所示電路為moc3061的典型功率擴展電路。在控制功率較大的電機時，應(yīng)考慮使用功率擴展電路。制作時，可參考圖示參數(shù)選擇器件。由于該電源采用電容降壓方式，請自制時注意安全，人體不能直接觸摸電路板。
單電源變雙電源電路
在維修電器時，有時需要雙電源，可按照圖2所示電路組裝。時基電路ne555接成無穩(wěn)態(tài)電路，第③腳輸出頻率為20khz、占空比為1：1的方波。當(dāng)?shù)冖勰_為高電平時，c4充電。低電平時，c3充電。由于二極管vd1、vd2的存在，c3、c4在電路中只能充電，不能放電，故充電最大值為ec。將b端接地，在a、c兩端就得到正負(fù)ec的雙電源。本電路輸出電流不超過50ma。
簡易催眠器
簡易催眠器電路如圖3所示。利用時基電路ne555構(gòu)成一個極低頻振蕩器，第③腳輸出一個個短的脈沖，使揚聲器發(fā)出類似雨滴的聲音。揚聲器采用袖珍收錄機用的8ω小型喇叭。雨滴聲的速度可以通過100kω電位器來調(diào)節(jié)到合適的程度。如果在電源端增加一個簡單的定時開關(guān)，機械式的或電子式的開關(guān)均可，則可在使用著進入夢鄉(xiāng)后及時切斷電源。